DE102011084996A1

DE102011084996A1 - Anordnung zum Beschichten eines Substrats

Info

Publication number: DE102011084996A1
Application number: DE201110084996
Authority: DE
Inventors: Peter Lindner; Benjamin Walther; Rolf Kniprath
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25
Also published as: WO2013056885A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16), umfassend wenigstens einen Verdampfungsbehälter (18) zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial (16) und wenigstens eine Wärmequelle (20) zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials (16), wobei der Verdampfungsbehälter (18) eine Austrittsöffnung (22) für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial (16) aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung (26) mit einer Strahlungsquelle (32) und einem Detektor (36) zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei die Anordnung ferner eine mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) verbundene Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker (37) zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker (38) umfasst. Mit einer derartigen Anordnung ist die Beschichtungsrate etwa einer Physikalischen Gasphasenabscheidung besonders wartungsarm und genau ermittelbar. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats, vorzugsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, mit einer verbesserten Ermittelbarkeit der Beschichtungsrate.
Stand der Technik
Zur Herstellung von einzelnen oder mehreren Materialschichten auf einem Trägersubstrat sind diverse Techniken, wie beispielsweise Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Molekülarstrahlepitaxie (MBE) bekannt und gebräuchlich. Bei der Physikalischen Gasphasenabscheidung, beispielsweise, handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Ausgangsmaterial beziehungsweise das Beschichtungsmaterial, wie etwa ein Metall, Halbleiter oder auch organische oder anorganische Moleküle, beispielsweise durch eine elektrische Heizung, auf Temperaturen in der Nähe des Siedepunkts erhitzt wird, sich ein Materialdampf zu einem Substrat bewegt und dort zu einer Schicht kondensiert. Um die Schichtdicke des abgeschiedenen Materials auf dem Substrat einstellen zu können, benötigt man insbesondere Kenntnis über die Beschichtungsrate beziehungsweise den Materialfluss von dem Verdampfer hin zum dem Substrat. Da der Materialfluss beziehungsweise die Beschichtungsrate unter anderem von Faktoren wie dem Füllstand des Verdampfers, den Materialeigenschaften des Füllgutes und der Verdampfertemperatur abhängig ist, ist dieser vorzugsweise für einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess mess- und regelbar.
Um Beschichtungsraten bei der Beschichtung von metallischem Beschichtungsmaterial zu bestimmen, ist beispielsweise die Verwendung von Thermoelementen (TC), Quartzkristall-Mikrowaagen (QCM), Quadrupol-Massenspektroskopie (QMS), Infrarot-Monitoring (Infrared Monitor), Lichtstreuung (SLS), spektroskopischer Ellipsometrie (SE), Elektronenstoß-Emissionsspektroskopie (EIES), Atomspektroskopie (AA) oder auch Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS, XRF) bekannt. Die beschriebenen Verfahren werden vor allem bei einem Herstellungsprozess von CIGS-Solarzellen genutzt und regeln dort punktförmige Sputterquellen unter Verwendung von metallischem Beschichtungsmaterial. Derartige Verfahren sind jedoch grundsätzlich nicht auf Beschichtungsverfahren für organisches Beschichtungsmaterial übertragbar.
Daher werden derzeit bei einem Beschichten von Substraten mit organischem Beschichtungsmaterial, wie etwa bei der Herstellung von organischen Solarzellen, die Aufdampfraten punktuell mit Schwingquarzen beziehungsweise Quarzkristall-Mikrowaagen (QCM) gemessen und durch die Heizleistung am Verdampfer manuell geregelt.
Aus dem Dokument DE 10 2008 043 634 A1 ist ein Verdampfer zum Verdampfen organischer Materialien sowie eine Beschichtungsanlage insbesondere zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen bekannt. Der Verdampfer umfasst einen Verdampfungsbehälter mit wenigstens einer Wärmequelle zum Verdampfen von organischem Material und einer Austrittsöffnung für verdampftes organisches Material. Dabei ist die Wärmequelle ein außerhalb des Verdampfungsbehälters angeordneter, den Verdampfungsbehälter von außen, ausschließlich durch Wärmestrahlung erhitzender Strahler. Die Austrittsöffnung ist ferner langgestreckt und linienförmig ausgebildet.
Das Dokument DE 10 2009 029 236 A1 beschreibt ebenfalls einen Verdampfer zum Verdampfen organischer Materialien sowie eine Beschichtungsanlage insbesondere zur Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen. Um eine schnelle Einstellung beziehungsweise Veränderung der Beschichtungsrate zu realisieren, ist gemäß diesem Dokument ein Mittel zum Variieren des freien Querschnitts einer schlitzförmigen Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters oder eines der Austrittsöffnung nachgelagerten Austrittskanals vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial, umfassend wenigstens einen Verdampfungsbehälter zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial und wenigstens eine Wärmequelle zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials, wobei der Verdampfungsbehälter eine Austrittsöffnung für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung mit einer Strahlungsquelle und einem Detektor zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials vorgesehen ist, und wobei die Anordnung ferner eine mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung verbundene Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker umfasst.
Eine Anordnung zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial kann im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Anordnung sein, mittels der ein organisches Beschichtungsmaterial auf ein Substrat aufbringbar ist. Unter einem Beschichten kann daher im Sinne der vorliegenden Erfindung jeglicher Prozess verstanden werden, bei dem ein organisches Beschichtungsmaterial auf ein Substrat aufbringbar ist, insbesondere in Form wenigstens einer Schicht beziehungsweise Beschichtung. Die Beschichtung kann dabei jede geeignete Form, Struktur oder Dicke aufweisen und ferner in jedem gewünschten Muster auftragbar sein. Bevorzugt kann die Anordnung zum Beschichten eines Substrats eine Vorrichtung zur Physikalischen Gasphasenabscheidung sein oder diese umfassen. Jedoch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen, dass die Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats eine Vorrichtung zur Chemischen Gasphasenabscheidung umfasst oder diese ist oder jede weitere Vorrichtung, durch welche ein organisches Material insbesondere unter Verwendung einer Gasphase in einem Vakuum auf ein Substrat aufbringbar ist. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere für eine Herstellung von organischen Licht – emittierende Dioden (OLEDs) oder organischen Solarzellen dienen.
Dabei können etwa für die Abscheidung von aktiven organischen Schichten sowie von Transportschichten im Vakuum überwiegend thermische Verdampfer eingesetzt werden. Für das Beschichten eines Substrats mit organischen Materialien können diese im Vakuum je nach verwendetem Ausgangsstoff insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen etwa ≥ 100°C und etwa ≤ 700°C verdampft werden. Bezüglich der wenigstens einen Wärmequelle können dabei besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf die Erwärmungsgeschwindigkeit und die Regelbarkeit der Temperatur des Verdampfungsbehälters beziehungsweise des zu verdampfenden organischen Materials durch den Einsatz mindestens eines Quarzstrahlers, insbesondere mindestens eines Doppelrohrquarzstrahlers erzielt werden.
Als organisches Beschichtungsmaterial, welches insbesondere durch die erfindungsgemäße Anordnung auf ein Substrat zu beschichten ist, können insbesondere dienen Bathocuproin (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin), Fullerene, wie etwa C₆₀- oder C₇₀-Fullerene, Phthalocyanine, wie etwa Kuper (Cu)- oder Zink (Zn)-Phthalocyanin.
Das Substrat kann jedes geeignete Substrat umfassen oder sein, welches durch ein oben beschriebenes Verfahren beschichtbar ist. Beispielsweise kann das Substrat ein zur Herstellung von insbesondere organischen Leuchtdioden, Solarzellen oder sonstiger elektronischer Komponenten geeignetes Substrat sein. Beispielhaft können hier insbesondere genannt werden Glas, beschichtetes Glas, Kunststoffe, wie beispielsweise Polycarbonat, Polyethylen, Polycarbonat Polyvinylchlorid, etwa in Verbindung mit einer leitfähigen Schicht und/oder etwa als Folie.
Ein Verdampfungsbehälter kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jegliches Behältnis sein, in welchem das organische Beschichtungsmaterial, mit welchem das Substrat beschichtet werden soll, vorgelegt beziehungsweise zumindest temporär aufgenommen werden kann.
Weiterhin ist eine Verstärkungseinheit vorgesehen, welche einen Strahlungszerhacker zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle umfasst. Der Strahlunsgzerhacker kann auch als Chopper bezeichnet werden. Durch diesen wird eine definierte Abfolge an zeitlich begrenzten Strahlungspulsen möglich.
Der Strahlungszerhacker kann dabei etwa dazu ausgestaltet sein, die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung in eine zeitliche periodische Pulsfolge zu modulieren. Ferner kann der Strahlungszerhacker derart direkt mit der Strahlungsquelle verbunden sein, dass die Strahlungsquelle als solche eine definierte Strahlungs-Pulsfolge emittiert. Beispielsweise können Strahlungspulse in einer Frequenz von ≥ 50 Hz bis ≤ 100 Hz erzeugt werden, wobei dieser Bereich nicht beschränkend ist.
Um das von dem Strahlungszerhacker modulierte beziehungsweise erzeugte Signal in besonders vorteilhafter Weise auswerten zu können, umfasst die Verstärkungseinheit ferner einen Lock-in-Verstärker, der zweckmäßigerweise mit dem Strahlungszerhacker verbunden sein kann. Unter einem Lock-in-Verstärker kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein auch als phasenempfindlicher Gleichrichter oder Trägerfrequenzverstärker bezeichneter Verstärker verstanden werden, der einen schmalbandigen Bypassfiter darstellen kann und insbesondere das Signal-Rausch-Verhältnis eines schwachen insbesondere Wechselsignals verbessern kann. Dabei kann der Lock-in-Verstärker insbesondere ein Phasenverstärker sein, der nur die Strahlungspulse auswertet und verstärkt. Dabei kann in besonders vorteilhafter Weise nur die signalumfassende Phase verstärkt werden, was eine besonders gute Verbesserung des Signal-Rauch-Verhältnisses erlaubt.
Insbesondere durch das Vorsehen der vorbeschriebenen Verstärkungseinheit kann es erfindungsgemäß möglich werden, eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung zur Messung der Dampfrate und damit der Beschichtungsrate von organischem Beschichtungsmaterial anwenden zu können. Eine derartige Verstärkungseinheit kann dabei mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung, insbesondere mit deren Detektor, verbunden sein. Das bedeutet insbesondere, dass sie ein separates Bauteil darstellen, oder als Teil der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung in diese integriert sein kann.
Somit wird es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich, die Dampfdichte bei einem Beschichtungsprozess mit einem organischen Beschichtungsmaterial durch eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung genau und effizient detektieren zu können und so etwa einen Beschichtungsprozess effizient steuern beziehungsweise regeln zu können. Dies ist gemäß dem Stand der Technik grundsätzlich nicht möglich, da beispielsweise der Absorptionsquerschnitt von organischem Beschichtungsmaterial um einige Zehnerpotenzen, wie etwa um den Faktor zehntausend, geringer ist, als bei metallischen Beschichtungsprozessen.
Im Detail basiert bei der Absorptionsspektroskopie die direkte Messung der Dampfdichte in einem Beschichtungsprozess auf der Lichtabsorption und wird grundsätzlich durch das Lambert-Beersche Gesetz beschrieben: I = I₀exp(-kd). Dabei beschreibt k den Absorptionskoeffizienten, d die optische Weglänge, I₀ die eingestrahlte Lichtintensität und I die gemessene Lichtintensität. Dabei wird mit Hilfe einer externen Lichtquelle der wellenlängenabhängige Absorptionskoeffizient bestimmt, welcher direkt proportional zur Dampfdichte ist. Als Lichtquellen können sowohl kohärente als auch inkohärente Lichtquellen genutzt werden. Als Beispiele können hier Halogenlampen, wie etwa Xenonlampen genannt werden, wohingegen als Detektoren beispielsweise Spektrometer geeignet sein können.
Durch das Vorsehen einer absorptionsspektroskopischen Vorrichtung zum Erfassen der Dampfdichte wird es möglich, die Beschichtungsrate eines organischen Beschichtungsmaterials vollständig oder zumindest teilweise auf optischem Wege zu ermitteln. Eine Beschichtungsrate kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere der Menge an Beschichtungsmaterial entsprechen, welche in einer bestimmten Zeitdauer auf dem Substrat abgeschieden wird beziehungsweise mit dem das Substrat beschichtet ist. Beispielsweise kann die Beschichtungsrate eine Aufdampfrate umfassen beziehungsweise dieser entsprechen.
Somit können in der erfindungsgemäßen Anordnung etwaige Elemente der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung, wie beispielsweise Strahlungsquellen oder Detektoren, außerhalb des Beschichtungskegels positioniert werden. Dadurch kann verhindert werden, dass die absorptionsspektroskopische Vorrichtung ebenfalls von dem Beschichtungsmaterial beschichtet wird beziehungsweise dieses auf der Vorrichtung, wie insbesondere einer Strahlungsquelle oder einem Detektor, abgeschieden wird. Dies bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich.
Zum Einen können die Lebensdauer beziehungsweise die fehlerfreien Arbeitsintervalle und damit die Wartungsintervalle deutlich verlängert werden. Ferner ist es erfindungsgemäß nicht notwendig, wie etwa bei Massequarzen üblich, Wechseleinrichtungen beziehungsweise Revolver vorzusehen. Dadurch kann der benötigte Bauraum minimiert werden. Weiterhin kann dadurch, dass das zu beschichtende Substrat auch nicht partiell von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung überdeckt wird, die Ausbeute an wie gewünscht beschichtetem Substrat erhöht werden.
Darüber hinaus kann durch eine erfindungsgemäß mögliche Positionierung der absorptionsspektroskopischen Anordnung insbesondere vollständig außerhalb eines Gehäuses beziehungsweise einer Beschichtungskammer und ferner außerhalb des Beschichtungskegels beispielsweise der Nachteil von Quarzkristall-Mikrowaagen vermieden werden, nach dem diese arbeitsweisenbedingt beschichtet werden, das teilweise porös auf der Quarzkristall-Mikrowaage abgeschiedene Beschichtungsmaterial wieder abplatzt und durch Partikeleintrag in die abgeschiedene Schicht den Beschichtungsprozess negativ beeinflusst. Dadurch kann in einer erfindungsgemäßen Abordnung die Morphologie der abgeschiedenen Schicht stets wie gewünscht ausgebildet werden.
Weiterhin bietet eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung den Vorteil einer dynamischen und schnellen Bestimmung der Beschichtungsrate, weshalb auf etwaige Veränderungen unmittelbar reagiert werden kann. Somit kann insbesondere bei der Ermittlung der Dampfdichte unmittelbar auf eine sich verändernde Beschichtungsrate noch während des Beschichtungsprozesses reagiert werden, so dass eventuell auftretende Fehler unmittelbar korrigiert werden können. Dadurch kann der Ausschuss bei einem Beschichtungsprozess bei auftretenden Fehlern weiter minimiert werden. Dabei kann die Verdampferrate beziehungsweise die Beschichtungsrate unter Verwendung von nur sehr kurzen Integrationszeiten in einem Bereich von wenigen Sekunden oder etwa bei < 1 Sekunde ermittelbar sein. Dadurch kann eine schnelle Ratensteuerung gewährleistet werden.
Weiterhin sind absorptionsspektroskopische Vorrichtungen beziehungsweise die dadurch ausführbaren Verfahren zum Ermitteln der Beschichtungsrate meist im Wesentlichen unabhängig von Störgrößen wie etwa der Temperatur. Dadurch können auch bei sich verändernden Bedingungen, wie beispielsweise, wenn sich während der Beschichtung durch Strahlungswärme des Verdampfers seine Temperatur ändert, konstante beziehungsweise korrekte Raten ermittelt werden, wodurch die Schichtdicke auf dem Substrat wie gewünscht eingestellt werden kann beziehungsweise die Materialzusammensetzung in der Beschichtung wie gewünscht ausgebildet werden kann. Ferner sind absorptionsspektroskopische Vorrichtungen bis auf etwaige Strahlungsquellen beziehungsweise Beleuchtungsquellen im Wesentlichen verschleißfrei.
Erfindungsgemäß kann daher weiterhin eine Kombination von unterschiedlichen Messmethoden in Kombination mit einer in-situ Simulation realisiert werden, wobei mit einem derartig kombinierten insbesondere Steuerkonzept beziehungsweise Regelkonzept besonders vorteilhaft die für eine Massenfertigung erforderlichen hochratenfähigen Verdampferquellen in ausreichender Präzision und Kontinuität betrieben werden können.
Durch eine erfindungsgemäße Anordnung kann es insbesondere möglich werden, exakt abgeschiedene organische Beschichtungen auf dem Substrat zu erzeugen, welche auch wenigstens zwei unterschiedliche Materialien aufweisen können. So können beispielsweise zwei unterschiedliche Materialien nacheinander auf dem Substrat aufgetragen werden. Ferner wird es möglich, Mischschichten auf dem Substrat abzuscheiden, welche eine Mischung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien aufweisen. Speziell in der organischen Photovoltaik kann diese Ausgestaltung von Vorteil sein, da hier Mischschichten mit einem definierten Verhältnis mehrerer Materialien gewünscht sein können. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Materialien simultan aus unterschiedlichen Quellen durch die Verdampferquellen verdampft werden können.
Durch Absorptionsspektroskopie ist dabei insbesondere die Dichte des erzeugten Atom-/Molekülstrahls jedes einzelnen Verdampfers ermittelbar. Dabei ist insbesondere bei der Anordnung einer Mehrzahl an Verdampfungsbehältern beziehungsweise Verdampfern die Dampfdichte vor jedem Verdampfungsbehälter beziehungsweise der jeweiligen Austrittsöffnung bestimmbar, wobei insbesondere eine Mehrzahl an absorptionsspektroskopischen Vorrichtungen vorgesehen sein kann, so dass die Beschichtungsrate eines jeden Verdampfers einzeln und unabhängig bestimmbar ist. Dadurch ist auch bei dem Beschichten durch zwei oder mehr Verdampferquellen auf dieselbe Substratposition nicht nur die kumulierte Verdampfungsrate beziehungsweise Beschichtungsrate bestimmbar, sondern auch das Mischungsverhältnis ist wie gewünscht und konstant einregelbar. Die Verwendung einer absorptionsspektroskopischen Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft für hochratefähige Verfahren also für solche mit hohen Beschichtungsraten.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Anordnung ferner eine reflektometrische Vorrichtung und/oder eine Transmissionsvorrichtung zum Ermitteln der Schichtdicke einer auf das Substrat aufgetragenen organischen Beschichtung aufweisen. Derartige Vorrichtungen können insbesondere vorteilhaft für dicke aufgebrachte Beschichtungen sein, wie etwa für Schichtdicken ab ungefähr und rein beispielhaft 40 nm. Derartige Schichtdicken können insbesondere erzielt werden durch hochratefähige Verfahren, also durch solche mit hohen Beschichtungsraten. Eine reflektometrische Vorrichtung wie auch eine Transmissionsvorrichtung umfasst dabei insbesondere eine Strahlungsquelle und einen Detektor. Die Strahlungsquelle kann dabei insbesondere eine Halogenlampe wie etwa eine Xenonlampe sein oder diese umfassen und ferner Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa ≥ 300 nm bis ≤ 2,5 µm emittieren. Die Strahlung kann also etwa in dem Bereich des UV-IR-Lichts liegen. Dabei wird insbesondere Licht mit sämtlichen vorgenannten Wellenlängen emittiert, da eine Messung so genauer sein kann. Der Detektor kann insbesondere ein CCD-Chip beziehungsweise ein geeignetes Spektrometer sein beziehungsweise ein derartiges Bauteil umfassen.
Im Detail kann durch die reflektometrische Vorrichtung oder auch durch eine Transmissionsvorrichtung nach einem Beschichtungsprozess oder einem Teilbeschichtungsprozess die Schichtdicke der auf das Substrat aufgebrachten Beschichtung bestimmt werden.
Bei einer reflektometrischen Anordnung kann dazu von der Strahlungsquelle Licht auf das beschichtete Substrat gestrahlt werden, zweckmäßigerweise auf die Beschichtung oder auch auf die der aufgetragenen Beschichtung entgegengesetzten Seite des Substrats insbesondere dann, wenn das Substrat zumindest teilweise transparent ist, wie dies bei der Verwendung von Folien, Glas oder Ähnlichem der Fall ist. Dabei wird ein Teil des Lichts an der Oberfläche der Beschichtung reflektiert, wobei ein weiterer Teil des Lichts die Beschichtung durchdringt und erst an der Oberfläche des Substrats reflektiert wird. Die reflektierte Strahlung, welche eine Interferenz der an dem Substrat und der Beschichtung reflektierten Strahlung und eventuell der eingestrahlten Strahlung umfasst, kann dann durch den Detektor detektiert werden. Beispielsweise durch einen Vergleich mit einem Modell kann durch ein Auswerten der reflektierten Strahlung die Schichtdicke anhand der reflektierten Strahlung ermittelt werden.
Unter einer Transmissionsvorrichtung kann insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche eine Strahlungsquelle und einen Detektor aufweist, wobei die Strahlungsquelle und der Detektor auf unterschiedlichen Seiten des Substrats angeordnet sind, so dass die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung das Substrat zusammen mit der Beschichtung durchstrahlen kann. Dadurch kann bei der Kenntnis der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung und der transmittierten Strahlung der Grad an von der Beschichtung absorbierten Strahlung ermittelt werden, was ebenfalls Rückschlüsse auf die Schichtdicke zulässt. Dazu kann wiederum ein geeignetes Computermodell Verwendung finden. Eine Transmissionsvorrichtung kann dabei insbesondere bei der Verwendung von transparenten Substraten geeignet sein.
Die Messung kann dabei bezüglich eines sich bewegenden Substrats unmittelbar nach dem jeweiligen Beschichtungsprozess erfolgen, um möglichst genaue und sichere Messwerte zu erhalten, so dass die reflektometrische Vorrichtung und/oder die Transmissionsvorrichtung vorteilhafterweise unmittelbar nach einer Beschichtungsposition beziehungsweise nach einer Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters angeordnet sein kann. Folglich kann in dieser Ausgestaltung insbesondere eine Gesamtschichtdicke ermittelt werden als Addition von Einzelschichtdicken. Vorteilhaft kann die Schichtdicke in dieser Ausgestaltung nach jedem Beschichtungsschritt ermittelt werden. Dabei kann die Schichtdicke ausgehend von einem bekannten System ermittelt werden, wobei das System etwa nach jedem Beschichtungsschritt durch die zuvor ermittelten Schichtdicken kalibriert werden kann.
Weitere Einheiten, wie etwa ein Polarisator oder Ähnliches, können dabei zweckmäßigerweise von der reflektometrischen Vorrichtung und/oder Transmissionsvorrichtung umfasst sein.
In dieser Ausgestaltung kann somit durch ein Reflektions- und/oder Transmissionsspektrum der wellenlängenabhängige Reflektions- und Transmissionsgrad des Schichtstapels gemessen, und mit dessen Hilfe und insbesondere mit einer computergestützten Simulation die zuletzt aufgebrachte Schichtdicke bestimmt werden. Dabei ist bei Kenntnis der Dauer des Beschichtungsprozesses ein exakter Rückschluss auf die Beschichtungsrate möglich. Die Beschichtungsrate kann hier insbesondere ohne eventuelle Störeinflüsse, welche etwa das Abscheiden eines in der Gasphase sich befindlichen Materialdampfs reduzieren oder verändern, exakt bestimmt werden. Dadurch ist es weiterhin möglich, unter Verwendung der ermittelten Beschichtungsrate den Beschichtungsprozess zu steuern beziehungsweise zu regeln.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in dieser Ausgestaltung besonders vorteilhaft geeignet, um exakte Ergebnisse bezüglich der Beschichtungsrate zu erhalten. So können etwa die Nachteile der Reflektometrie, Transmissionsmessung beziehungsweise der Absorptionsspektroskopie, welche anwendungsbedingt durchaus vernachlässigbar und/oder tolerierbar sein können, behoben werden. Die Absorptionsspektroskopie liefert die Messsignale der Verdampfungsraten jedes einzelnen Verdampfers, die Reflektometrie und/oder Transmissionsmessung ergänzend dazu das Messsignal der resultierenden absoluten Schichtdicken. Die Beschichtungsrate kann ferner zusätzlich oder alternativ durch variierende Überfahrgeschwindigkeiten des Substrates angepasst werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Strahlungszerhacker eine wenigstens einen strahlungsundurchlässigen Bereich und wenigstens einen strahlungsdurchlässigen Bereich aufweisende rotierbare Scheibe umfassen. Dies ist eine besonders einfache, sichere und langlebige Ausgestaltung, um die von der Strahlungsquelle kontinuierlich emittierte Strahlung in zeitlich begrenzte Strahlungspulse zu modulieren. Dabei kann die Scheibe, die auch als Chopperrad bezeichnet werden kann, eine beliebige Anzahl an strahlungsdurchlässigen Bereichen und strahlungsundurchlässigen Bereichen aufweisen, so dass durch die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe die zeitliche Pulsfolge der emittierten Strahlung einstellbar sein kann. Dabei kann die Scheibe oder ein Bereich der Scheibe den Strahlungskegel der Strahlungsquelle vorzugsweise vollständig abdecken. Ferner können der wenigstens eine strahlungsdurchlässige Bereich und der wenigstens eine strahlungsundurchlässige Bereich vorteilhafterweise derart angeordnet sein, dass diese bei einer Rotation der Scheibe um Ihrer Achse nacheinander den Strahlungskegel der Strahlungsquelle abdecken beziehungswiese in diesem angeordnet sind.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können wenigstens zwei Verdampfungsbehälter vorgesehen sein, an denen das zu beschichtende Substrat aufeinanderfolgend entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung wenigstens eines Verdampfungsbehälters bezüglich des verdampften Beschichtungsmaterials eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der Austrittsöffnung wenigstens eines Verdampfungsbehälters bezüglich des entlanggeführten Substrats eine reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung vorgesehen ist. Dies ist eine besonders effektive Anordnung, um die positiven Effekte der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung mit denen einer reflektometrischen und/oder Transmissionsvorrichtung zu kombinieren. Dadurch können besonders genaue Ergebnisse bezüglich der Beschichtungsrate ermittelt werden.
Dabei ist dem Fachmann verständlich, dass eine entsprechende reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung auch bei dem Vorliegen von mehr als zwei Verdampfungsbehältern insbesondere zwischen einzelnen oder sämtlichen der jeweils zwei Verdampfungsbehälter vorgesehen sein kann. Optional kann alternativ oder zusätzlich eine reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung nach dem letzten von dem Substrat passierten Verdampfungsbehälter vorgesehen sein, um die final aufgetragene Schichtdicke beziehungsweise die von dem letzten Verdampfungsbehälter aufgetragene Schichtdicke zu ermitteln. Ferner kann eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung für jeden Verdampfungsbehälter vorgesehen sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Austrittsöffnung linienförmig ausgestaltet sein. Dadurch ist neben dem Einstellen besonders hoher Beschichtungsraten, durch das Einstellen einer variablen Geometrie der Austrittsöffnung, beispielsweise in einem Vergleich zu punktförmigen Sputterquellen, eine sehr schnelle Veränderung des ausgetragenen organischen Beschichtungsmaterial möglich, wodurch sehr dynamische Beschichtungsverfahren besonders effektiv sind. Insbesondere bei Beschichtungsverfahren mit organischem Verdampfungsmaterial unter Verwendung der Absorptionsspektroskopie treten somit Effekte auf, die die einzelnen Vorteile insbesondere mit Bezug auf dynamische Steuerung verbessern.
Im Detail kann es sich bei dem Verdampfungsbehälter insbesondere in dieser Ausgestaltung um ein, insbesondere quer zur Substratbewegungsrichtung orientiertes, Rohr handeln, vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt. Ganz besonders bevorzugt ist das Rohr dünnwandig und/oder aus Metall ausgebildet und in Richtung seiner Längserstreckung geschlitzt, vorzugsweise auf der dem Substrat zugewandten Oberseite des Rohres. Der Längsschlitz des Rohres bildet dabei bevorzugt die Austrittsöffnung, durch die etwa verdampftes organisches Material auf direktem Weg zu dem zu beschichtenden Substrat strömen kann. Die schlitzförmige Austrittsöffnung hat bevorzugt eine geringe Breite bezogen auf den Rohrdurchmesser. Sie bildet dadurch eine Drosselstelle, die bei geeigneter Auslegung eine sehr homogene Verteilung des Dampfstroms über die gesamte Länge des Verdampfers erzeugt, selbst bei einer ungleichmäßigen Verteilung des Beschichtungsmaterials im Verdampfungsrohr. Durch den anpassbaren Durchmesser und die Längenausdehnung des, vorzugsweise aus Metall ausgebildeten, Rohres kann ein großes Vorratsvolumen von zu verdampfendem organischen Material erhalten werden, so dass bei einer Verwendung des Verdampfers in Inline-Beschichtungsanlagen eine sehr lange Betriebszeit bis zum notwendigen Nachfüllen etwa im Rahmen eines Wartungszyklus erreicht werden kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die absorptionsspektroskopische Vorrichtung einen Photomultiplier als Detektor aufweisen. Derartige Detektoren eignen sich besonders vorteilhaft für Beschichtungsverfahren mit organischem Beschichtungsmaterial, da sie bereits kleinste Messsignale sicher und genau detektieren können, und ferner gut mit der erfindungsgemäß verwendeten Verstärkungseinheit kombinierbar sind.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Anordnung ferner eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) aufweisen. Eine Kombination von Absorptionsspektroskopie, etwa zusammen mit Reflektometrie und/oder Transmissionsverfahren, sowie einer Quarzkristall-Mikrowaage kann insbesondere dann Vorteile aufweisen, wenn beispielsweise Beschichtungsmaterial mit kleinster Rate verdampft wird und etwa die Nachweisgrenze der Absorptionsspektroskopie zumindest teilweise unterschreitet. Auch in dieser Ausgestaltung kann die Bestimmung der Beschichtungsrate beziehungsweise die Regelung der Atom-/Molekülverdampfer nicht mehr allein über das Ratensignal der Quarzkristall-Mikrowaage gesteuert werden, sondern vielmehr über eine Kombination von mehreren Messsignalen, die in-situ mittels Computersimulation verarbeitbar sind. Quarzkristall-Mikrowaagen sind dabei Mikrowaagen, deren Sensor auf einem Schwingquarz basiert. Dabei wird die piezoelektrische Eigenschaft von Quarz genutzt, die zu einer Frequenzänderung des Schwingquarzes führt, welche in Abhängigkeit zur Masse des auf einer Oberfläche des Quarzes adsorbierten Materials steht.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die mit der Verstärkungseinheit verbunden ist und ferner derart ausgestaltet ist, einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung ermittelten Daten zu steuern. Dadurch kann unmittelbar auf die ermittelte Beschichtungsrate reagiert werden, um so die Schichtdicken oder etwa ein Mischungsverhältnis wie gewünscht einstellen oder beibehalten zu können. Im Detail kann beispielsweise die Steuereinheit mit der auf das Beschichtungsmaterial wirkenden Wärmequelle verbunden sein und diese so nachregeln, so dass etwa bei einer zu geringen Beschichtungsrate aufgeheizt wird und entsprechend bei einer zu hohen Beschichtungsrate abgekühlt wird. Weiter beispielhaft kann etwa die Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters, durch den die verdampften Moleküle in Richtung Substrat entweichen, mechanisch verkleinert oder vergrößert werden, so dass, in Abhängigkeit der gewünschten Anpassung, weniger oder mehr Moleküle pro Zeitintervall den Verdampfungsbehälter verlassen können, also die Beschichtungsrate ebenso angepasst wird. Dazu kann die Steuereinheit mit einer Vorrichtung zum Verkleinern und/oder Vergrößern der effektiven Austrittsöffnung verbunden sein. Weiterhin kann beispielsweise eine Überfahrgeschwindigkeit des Substrats angepasst werden.
Die Steuereinheit, welche eine Regeleinheit sein kann, kann zweckmäßigerweise ein Programm umfassen, welches basierend auf den ermittelten Daten der Beschichtungsrate ein Steuersignal beziehungsweise Regelsignal errechnen und an die Beschichtungseinheit, also insbesondere an die Wärmequelle oder eine weitere Einstellmöglichkeit zum Variieren beispielsweise des Verdampfungsgrades oder der Austrittsmenge des Beschichtungsmaterials aus dem Verdampfungsbehälter, senden kann.
Ferner kann die Steuereinheit, für den Fall, dass eine reflektometrische und/oder Transmissionsvorrichtung und/oder eine Quarzkristall-Mikrowaage vorgesehen ist, zusätzlich mit dieser beziehungsweise diesen verbunden sein. Dadurch kann der Beschichtungsprozess noch genauer gesteuert beziehungsweise geregelt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Beschichtungsrate zumindest durch die absorptionsspektroskopische Vorrichtung unter Verwendung der Verstärkungseinheit ermittelt und das Abscheiden des organischen Beschichtungsmaterials anhand der ermittelten Beschichtungsrate gesteuert wird. Dadurch kann ein besonders dynamischer, genauer und effektiver Beschichtungsprozess ermöglicht werden, der auch bei organischen Beschichtungsmaterialien sehr gute Ergebnisse liefert. Bezüglich weiterer Vorteile wird ferner auf die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann eine Anordnung umfassend einen Verdampfungsbehälter mit einer linienförmigen Austrittsöffnung verwendet werden und die Beschichtungsrate durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung gesteuert werden. Dadurch kann die Beschichtungsrate in besonders weiten Bereichen und dabei besonders schnell und dynamisch gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Folglich können die Vorteile eines dynamischen Beschichtungsprozesses eines organischen Beschichtungsmaterials insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders vorteilhaft zum Tragen kommen. Die Einstellung des Öffnungszustands kann dabei insbesondere die Größe der bereitgestellten Öffnung und/oder die Geometrie der bereitgestellten Öffnung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung und/oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschichten eines Substrats mit einem organischen Beschichtungsmaterial.
Zeichnungen und Beispiele
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung; und
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Beschichten eines Substrats 12 mit einem organischen Beschichtungsmaterial gezeigt. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung 10 ist auf dem Substrat 12 eine organische Beschichtung 14 erzeugbar, insbesondere indem ein Beschichtungsmaterial 16 verdampft wird, zu dem Substrat 12 strömt und dort kondensiert. Dabei ist eine Steuerung von punktförmigen und insbesondere linearen Verdampferquellen, umfassend einen Verdampfungsbehälter 18 und eine Wärmequelle 20, für Beschichtungsanwendungen mit hohen dynamischen Beschichtungsraten möglich, wie sie etwa zur Herstellung von Solarzellen oder Licht emittierenden Dioden geeignet sind.
Eine präzise Messung und Regelung der Beschichtungsraten beziehungsweise Verdampfungsraten kann insbesondere bei der organischen Photovoltaik eine notwendige Voraussetzung sein, um leistungsfähige und stabile Solarzellen in großer Fläche herstellen zu können. Ändert sich im Beschichtungsverlauf von Misch-Schichten die Verdampfungsrate eines Verdampfers, führt dies zu einem anderen Mischungsverhältnis der Materialien in der Schicht. Dadurch ergeben sich zum Beispiel in den organischen Solarzellen oder bei OLEDs Einbußen im Wirkungsgrad und der Lebensdauer.
Insbesondere bei derartigen Anwendungen können zum einen eine präzise Regelung (+/–5%) zusammen mit oder alternativ mit hohen dynamischer Raten (> 50 nm·m/min) gewünscht sein, um eine gleichbleibende Schichtdicke zu gewährleisten, was mit der erfindungsgemäßen Anordnung 10 problemlos möglich ist.
Die Anordnung 10 umfasst wenigstens einen beispielsweise rohrförmigen Verdampfungsbehälter 18 zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial 16 und wenigstens eine Wärmequelle 20 zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials 16. Der Verdampfungsbehälter 18 sowie die Wärmequelle 20 können dabei in einem beispielsweise wassergekühlten Gehäuse 21 angeordnet sein, welches etwa die Strahlung der Wärmequellen 20 auf den Verdampfungsbehälter 18 fokussieren und ein zu starkes Aufheizen anderer Anlagenteile verhindern beziehungsweise die anderen Anlagenteile so schützen kann. Der Verdampfungsbehälter 18 kann sich ferner quer zu einer Substratbewegungsrichtung A des Substrats 12 erstrecken. Der Verdampfungsbehälter 18 umfasst dabei eine Austrittsöffnung 22 für verdampftes Beschichtungsmaterial 16. Durch die Austrittsöffnung 22 kann senkrecht zur Substratbewegungsrichtung A in Richtung Substrat 12 verdampftes Beschichtungsmaterial 16 ausströmen und so einen Beschichtungskegel 24 bilden, der auf dem Substrat 12 kondensiert und so die Beschichtung 14, ausbildet.
Die Austrittsöffnung 22 kann beispielsweise einen linienförmigen Spalt formen und etwa eine Breite von ≥ 30 cm aufweisen. Die Wärmequelle 20 beziehungsweise die Wärmequellen 20 können etwa als Doppelrohrquarzstrahler ausgebildet sein oder diese umfassen und beispielsweise auf einem Kreisumfang um den Verdampfungsbehälter 18 angeordnet sein. Ferner weist das Gehäuse 21 zweckmäßigerweise eine Öffnung 23 zum Austritt des Beschichtungskegels 24 beziehungsweise des verdampften Beschichtungsmaterials 16 auf.
Es ist ferner wenigstens eine absorptionsspektroskopische Vorrichtung 26 zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials 16 vorgesehen. Diese kann innerhalb des Gehäuses 21 oder auch etwa außerhalb des Gehäuses 21 und hier insbesondere an Strahlungsöffnungen 28 und 30, wie etwa an Glasfenstern, des Gehäuses 21 angeordnet sein. Dadurch kann eine Strahlungsquelle 32 der absorptionsspektroskopischen Anordnung 26 einen definierten Lichtstrahl 34 zu einem Detektor 36, wie etwa einem Photomultiplier, der absorptionsspektroskopischen Anordnung 26 leiten.
Ist die Austrittsöffnung 22 linienförmig ausgestaltet, so durchstrahlt die absorptionsspektroskopische Anordnung 26 vorteilhafterweise die größte Breite des Beschichtungskegels 24. Folglich sind in diesem Fall die Strahlungsquelle 32 und der Detektor 36 derart angeordnet, dass der Lichtstrahl 34 den Beschichtungskegel 24 durchstrahlt und parallel zu dem Spalt der Austrittsöffnung 22 und damit insbesondere parallel zur Längserstreckung des Verdampfungsbehälters 18 verläuft.
Die Anordnung 10 weist ferner eine Verstärkungseinheit umfassend einen Strahlungszerhacker 37 zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle und einen Lock-in-Verstärker 38 auf. Durchstrahlt der Lichtstrahl 34 den Beschichtungskegel 24 des organischen Beschichtungsmaterials 16, ist die Dampfdichte und dadurch die Beschichtungsrate von organischem Beschichtungsmaterial ermittelbar.
In einer Ausgestaltung kann die Anordnung 10 ferner eine reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder eine Transmissionsvorrichtung 42 zum Ermitteln der Schichtdicke der auf das Substrat 12 aufgetragenen organischen Beschichtung 14 aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann bezüglich der reflekometrischen Vorrichtung 40 insbesondere eine Lichtquelle 44 und ein Detektor 46 vorgesehen sein. Dadurch kann ein emittierter Lichtstrahl 48, 50 auf das Substrat 12 beziehungsweise auf die Beschichtung 14 strahlen, an dem Substrat 12 beziehungsweise an der Beschichtung 14 reflektiert werden und als reflektierter Strahl 52, 54 zu dem Detektor 46 strahlen, wo er detektierbar ist. Bezüglich der Transmissionsvorrichtung 42 kann ferner ebenfalls eine Strahlungsquelle, die mit der Strahlungsquelle 44 der reflektometrischen Vorrichtung identisch sein kann, sowie ein Detektor 56 zum Detektieren der das Substrat 12 und die Beschichtung 14 durchstrahlenden Strahlung 58 vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann zusätzlich zu den vorbeschriebenen Vorrichtungen zum optischen Erfassen einer Beschichtungsrate eine Quarzkristall-Mikrowaage 60 vorgesehen sein, die in dem Beschichtungskegel 24 angeordnet sein kann.
In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Steuereinheit 61 vorgesehen sein, die mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung 26 beziehungsweise mit der Verstärkungseinheit und gegebenenfalls mit der reflektometrischen Vorrichtung 40 und/oder der Transmissionsvorrichtung 42 und/oder der Quarzkristall-Mikrowaage 60 verbunden ist. Die Steuereinheit 61 kann dann derart ausgestaltet sein, um einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung 26 und gegebenenfalls von der reflektometrischen Vorrichtung 40 und/oder der Transmissionsvorrichtung 42 und/oder der Quarzkristall-Mikrowaage 60 ermittelten Daten zu steuern. Dazu kann die Steuereinheit 61 beispielsweise mit dem Verdampfungsbehälter 18 beziehungsweise mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Austrittsöffnung 22 und/oder mit der oder den Wärmequellen 20 verbunden sein, um so den Beschichtungsprozess beziehungsweise die Beschichtungsrate, etwa durch Einstellen der Temperatur der Wärmequelle 20 oder durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung 22 zu steuern.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung 10 sind somit grundsätzlich folgende Analyseverfahren beziehungsweise Analysevorrichtungen zur Ermittlung der Beschichtungsrate anwendbar: Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit Reflektometrie; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit Transmissionsverfahren; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage und mit Reflektometrie; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage und mit Transmissionsverfahren; Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit Reflektometrie und Transmissionsverfahren; und/oder Absorptionsspektroskopie in Verbindung mit einer Quartzkristall-Mikrowaage in Kombination mit Reflektometrie und Transmissionsverfahren.
Da es sich bei einem Beschichtungsprozess für organische Beschichtungsmaterialien 16 insbesondere um Vakuumprozesse handeln kann, können sämtliche in der 1 gezeigten Elemente in einer nicht gezeigten Vakuumkammer angeordnet werden. Ferner kann das Substrat 12, etwa durch vakuumdichte Öffnungen, durch die Vakuumkammer geführt werden. Darüber hinaus können insbesondere die absorptionsspektroskopische Vorrichtung 26, die reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder die Transmissionsvorrichtung 42 vollständig oder teilweise außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Dabei können beispielsweise Lichtstrahlen durch vakuumdichte Fenster oder Lichtleiter zu der gewünschten Anwendungsposition geführt werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß 2 sind wenigstens zwei Verdampfungsbehälter 18 vorgesehen, an denen das zu beschichtende Substrat 12 aufeinanderfolgend, also insbesondere nacheinander entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung 22 wenigstens eines Verdampfungsbehälters 18 bezüglich des verdampften Beschichtungsmaterials 16 insbesondere eine absorptionsspektroskopische Anordnung 26 zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials 16 vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der Austrittsöffnung 22 wenigstens eines Verdampfungsbehälters 18 bezüglich des entlanggeführten Substrats 12 eine reflektometrische 40 und/oder Transmissionsvorrichtung 42 zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung 14, 15 vorgesehen ist. 2 ist dabei stark vereinfacht gezeigt, um das Prinzip dieser Ausführungsform zu erläutern. Grundsätzlich können in für den Fachmann verständlicher Weise sämtliche in 1 gezeigten Bauteile vorgesehen sein. Im Detail sind in 2 lediglich die Gehäuse 21 mit dazwischen angeordneter reflektometrischer Vorrichtung 40 und Transmissionsvorrichtung 42 sowie mit Strahlungsquelle 32 und Detektor 36 der absorptionsspektroskopischen Vorrichtungen 26 gezeigt. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Verstärkungseinheit ebenfalls in der Ausgestaltung gemäß 2 vorhanden sein soll.
2 zeigt weiterhin, dass eine Abrollvorrichtung 62 zum Abrollen eines insbesondere folienförmigen zu beschichtenden Substrats 12 und eine Aufrollvorrichtung 64 zum Aufrollen des beschichteten Substrats 12 vorgesehen sein kann, wobei die Abrollvorrichtung 62 und die Aufrollvorrichtung 64 derart angeordnet sind, dass bei einem Abrollvorgang und/oder bei einem Aufrollvorgang des Substrats 12 dieses an wenigstens einer Austrittsöffnung 22 entlang führbar ist. Dabei kann nach der ersten Austrittsöffnung 22 eine Beschichtung 14 und nach der zweiten Austrittsöffnung eine weitere Beschichtung 15 auf das Substrat 12 aufgetragen werden.
Wiederum können gemäß 2 sämtliche gezeigten Elemente in einer nicht gezeigten Vakuumkammer angeordnet werden. Ferner kann das Substrat 12, etwa durch vakuumdichte Öffnungen, durch die Vakuumkammer geführt werden. Darüber hinaus können insbesondere die absorptionsspektroskopische Vorrichtung 26, die reflektometrische Vorrichtung 40 und/oder die Transmissionsvorrichtung vollständig oder teilweise außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Dabei können beispielsweise Lichtstrahlen durch vakuumdichte Fenster oder Lichtleiter zu der gewünschten Anwendungsposition geführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008043634 A1 [0005]
DE 102009029236 A1 [0006]

Claims

Anordnung zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16), umfassend wenigstens einen Verdampfungsbehälter (18) zur Aufnahme von organischem Beschichtungsmaterial (16) und wenigstens eine Wärmequelle (20) zum Verdampfen des organischen Beschichtungsmaterials (16), wobei der Verdampfungsbehälter (18) eine Austrittsöffnung (22) für verdampftes organisches Beschichtungsmaterial (16) aufweist, und wobei wenigstens eine absorptionsspektroskopische Anordnung (26) mit einer Strahlungsquelle (32) und einem Detektor (36) zum Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei die Anordnung (10) ferner eine mit der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) verbundene Verstärkungseinheit aufweist, welche einen Strahlungszerhacker (37) zum Erzeugen einer zeitlich periodischen Pulsfolge von Strahlungspulsen durch die Strahlungsquelle (32) und einen Lock-in-Verstärker (38) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung (10) ferner eine reflektometrische Vorrichtung (40) und/oder eine Transmissionsvorrichtung (42) zum Ermitteln der Schichtdicke einer auf das Substrat (12) aufgetragenen organischen Beschichtung (14, 15) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strahlungszerhacker (37) eine wenigstens einen strahlungsundurchlässigen Bereich und wenigstens einen strahlungsdurchlässigen Bereich aufweisende rotierbare Scheibe umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens zwei Verdampfungsbehälter (18) vorgesehen sind, an denen das zu beschichtende Substrat (12) aufeinanderfolgend entlangführbar ist, wobei stromabwärts der Austrittsöffnung (22) wenigstens eines Verdampfungsbehälters (18) bezüglich des verdampften Beschichtungsmaterials (16) insbesondere eine absorptionsspektroskopische Anordnung (26) zum optischen Erfassen der Dampfdichte des verdampften Beschichtungsmaterials (16) vorgesehen ist, und wobei stromabwärts der Austrittsöffnung (22) wenigstens eines Verdampfungsbehälters (18) bezüglich des entlanggeführten Substrats (12) eine reflektometrische Vorrichtung (40) und/oder eine Transmissionsvorrichtung (42) zum optischen Erfassen der Schichtdicke der abgeschiedenen Beschichtung (14, 15) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Austrittsöffnung (22) linienförmig ausgestaltet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die absorptionsspektroskopische Vorrichtung (26) einen Photomultiplier als Detektor (36) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anordnung (10) ferner eine Quarzkristall-Mikrowaage (60) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Steuereinheit (61) vorgesehen ist, die mit der Verstärkungseinheit verbunden ist und ferner derart ausgestaltet ist, einen Beschichtungsprozess auf Basis der von der absorptionsspektroskopischen Vorrichtung (26) ermittelten Daten zu steuern.
Verfahren zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16) unter Anwendung einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtungsrate zumindest durch die absorptionsspektroskopische Vorrichtung (26) unter Verwendung der Verstärkungseinheit ermittelt und das Abscheiden des organischen Beschichtungsmaterials (16) anhand der ermittelten Beschichtungsrate gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Anordnung (10) umfassend einen Verdampfungsbehälter (18) mit einer linienförmigen Austrittsöffnung (22) verwendet wird und die Beschichtungsrate durch Einstellung eines Öffnungszustands der Austrittsöffnung (22) gesteuert wird.
Verwendung einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9 zum Beschichten eines Substrats (12) mit einem organischen Beschichtungsmaterial (16).